Werkstoffe & Legierungen W3D-MAT-35 ISO/ASTM 52900 Validiert

Hartmetall (WC-Co): Wolframkarbid im metallischen 3D-Druck

Hartmetall WC-Co (Wolframkarbid mit 6-17 % Kobalt) im 3D-Druck: Rissfreie Binder-Jetting- und DED-Verarbeitung, Härten bis 1.800 HV, Umform- und Stanzwerkzeuge.

Stand: 2026-03-24 Lesezeit: 10 min Fachredaktion Additive Fertigung
Executive Summary & Technische Kernaussagen Normativer Status: Valide

Hartmetall (Cemented Carbides, meist Wolframkarbid mit metallischer Kobalt-Matrix, WC-Co) ist der unangefochtene Werkstoffstandard für die spanende Bearbeitung, Ziehwerkzeuge, Gesteinsbohrer und Schnittstempel. Mit Härtewerten von 1.200 bis über 1.800 HV30 übertrifft Hartmetall jeden gehärteten Werkzeugstahl bei Weitem. Im 3D-Druck galt WC-Co lange als unschmelzbar, da Laserverfahren zur Entmischung und Versprödung (Eta-Phasen-Bildung) führen. Heute revolutioniert Metal Binder Jetting (MBJ) mit anschließender Flüssigphasensinterung die additive Hartmetallfertigung: Werkzeuge mit innenliegenden spiraligen Kühlkanälen werden ohne funkenerosiven Aufwand realisiert.

  • Härtewerte von 1.200 bis 1.800 HV und Druckfestigkeiten über 4.500 MPa für extremen Abrasionsschutz.
  • Metal Binder Jetting eliminiert thermische Risse, da der Schmelzpunkt von WC (2.870 °C) im Druckjob nicht erreicht wird.
  • Flüssigphasensintern bei 1.400 °C bis 1.450 °C verdichtet das Bauteil auf über 99.5 % der theoretischen Dichte.
  • Erlaubt komplexe Schaftfräser und Schnittmatrizen mit konturnahen Innenkühlkanälen ab Losgröße 1.
Härte
1.200 - 1.800 HV30
Kobaltgehalt
6 bis 17 Gew.-% Co
Biegebruchfestigkeit
2.500 - 3.400 MPa
WC-Korngröße
0.5 - 2.5 µm (Submikron)

Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich

ISO/ASTM 52900
Kriterium WC-12Co (Binder Jetting + Sintern) WC-Co (Laser-DED Beschichtung) Konventioneller Hartmetall-Pressling
Verfahren Binder Jetting + Vakuumsinterofen Laserauftragschweißen Axiales Pressen + Sintern
Härte 1.400 - 1.650 HV 1.100 - 1.400 HV (Aufmischung) 1.450 - 1.650 HV
Dichte nach Sintern > 99.5 % (HIP-gesintert) > 99.0 % > 99.8 %
Freiform-Kühlkanäle Vollständig möglich (3D gewendelt) Nicht möglich Nur lineare Stiftbohrungen
Eta-Phasen Risiko Sehr gering (über C-Pegel steuerbar) Hoch (Decarburization) Gering
01

Warum Binder Jetting das ideale Verfahren für Hartmetall ist

Wird WC-Co direkt mit Lasern (LPBF) geschmolzen, verdampft das niedrig schmelzende Kobalt (Siedepunkt 2.927 °C), während sich das Wolframkarbid thermisch in sprödes W2C und metallischen Kohlenstoff zersetzt. Es bilden sich extrem spröde Eta-Phasen (Co3W3C), die das Bauteil zerspringen lassen. Beim Binder Jetting wird das Pulver kalt mit Polymerbindern verklebt: Die chemische Stöchiometrie bleibt 100 % unversehrt. Beim anschließenden Sintern schmilzt lediglich das Kobalt als Flüssigphase und zieht die WC-Partikel kapillar zusammen.

02

Kontrolle des Kohlenstofffensters beim Sintern

Die Qualität von Hartmetall entscheidet sich am Kohlenstoffgehalt. Ist zu wenig Kohlenstoff vorhanden, entsteht spröde Eta-Phase; ist zu viel vorhanden, scheidet sich freier Graphit ab, der die Festigkeit schwächt. Durch Sinter-HIP-Öfen mit geregelter Methan-Wasserstoff-Atmosphäre bei ca. 1.420 °C und 100 bar Argondruck wird das Kohlenstofffenster präzise austariert und Restmikroporösität restlos eliminiert.

03

Schnittstempel und Ziehwerkzeuge mit integrierter Schmierung

In der Stanz- und Umformtechnik (z. B. Batteriebecherfertigung, Dosenherstellung) stehen Hartmetallmatrizen unter Millionen Hubzyklen. Mit additiver Fertigung werden Kühl- und Schmierkanäle direkt bis 1 mm an die Arbeitskante herangeführt. Schmiermittel tritt mikrodosiert aus, was den Verschleiß um 50 % reduziert und Stanzgeschwindigkeiten verdoppelt.

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Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Welcher Kobaltgehalt ist ideal für zerspanende Werkzeuge?
Für Fräs- und Schneidwerkzeuge nutzt man meist 6 bis 10 % Kobalt (höchste Härte). Für schlagbeanspruchte Stanzwerkzeuge und Matrizen wählt man 12 bis 15 % Kobalt für mehr Bruchzähigkeit.
Wie viel schrumpft ein Hartmetallbauteil im Sinterofen?
Die lineare Sinterschrumpfung beträgt ca. 17 bis 22 %. Diese Schwindung wird in der CAD-Vorbereitung mit Skalierungsfaktoren von 1.20 bis 1.26 exakt vorauskompensiert.
Können Hartmetallteile nach dem Sintern noch bearbeitet werden?
Wegen der extremen Härte nur noch durch Diamantschleifen, Drahterodieren (WEDM) oder Polieren mit Diamantpaste.

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